Physique des Semi-conducteurs

Le cours PSC1101 — Physique des Semi-conducteurs (UE1 : Sciences Fondamentales I, semestre S1) pose les bases physiques de tout le génie électrique moderne : pourquoi certains matériaux conduisent et d’autres non, comment une jonction PN redresse le courant ou convertit la lumière en électricité, comment un champ magnétique variable induit une tension, et comment la chaleur produite dans un composant doit être évacuée. Ces notions sont directement utiles au Niger, où le photovoltaïque (fort ensoleillement de 5,5 à 6,5 kWh/m²/j) et l’électronique de puissance (onduleurs, régulateurs, variateurs) fonctionnent sous des températures ambiantes de 40 à 45 °C.

Objectifs d’apprentissage

• Comprendre la physique des matériaux semi-conducteurs et la formation des jonctions PN.
• Maîtriser les fondements électromagnétiques utiles au génie électrique (induction, champ).
• Analyser les effets thermiques dans les conducteurs et semi-conducteurs.
• Relier les concepts physiques aux composants électroniques et aux cellules photovoltaïques.

Prérequis

Mathématiques et Physique du niveau Terminale (Baccalauréat) : fonctions exponentielle et logarithme, dérivées, vecteurs, notions d’électricité (loi d’Ohm), d’énergie et de chaleur.

Plan du cours

1. Leçon 1 — Physique des Matériaux
2. Leçon 2 — Jonction PN et Composants
3. Leçon 3 — Électromagnétisme Appliqué
4. Leçon 4 — Thermique des Composants

Travaux pratiques

• TP1 : Caractérisation I-V d’une jonction PN (diode réelle) — intégré à la leçon 2.
• TP2 : Mesure du gap d’un semi-conducteur par absorption optique — intégré à la leçon 1.
• TP3 : Bilan thermique d’un transistor de puissance en commutation — intégré à la leçon 4.

Modalités d’évaluation

Volume horaire : CM 20 h, TD 8 h, TP 4 h, travail personnel (TPE) 28 h, soit 60 h de charge totale ; 3 crédits. Évaluation : contrôle continu (CC, 30 %) et examen terminal (ET, 70 %) ; nature mixte (écrit + pratique). Le CC s’appuie sur les quiz, les exercices d’application et les comptes rendus de TP.

Bibliographie

• D. A. Neamen, Semiconductor Physics and Devices, McGraw-Hill.
• S. M. Sze & K. K. Ng, Physics of Semiconductor Devices, Wiley.
• R. A. Serway & J. W. Jewett, Physics for Scientists and Engineers — chapitres Électromagnétisme, Cengage.
• H. Mathieu & H. Fanet, Physique des semiconducteurs et des composants électroniques, Dunod (complément en français).
• F. P. Incropera et al., Fundamentals of Heat and Mass Transfer, Wiley (complément pour la thermique).